[发明专利]一种Cu2‑xS/CNT复合热电材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201610142086.0 申请日: 2016-03-14
公开(公告)号: CN105633267B 公开(公告)日: 2018-01-12
发明(设计)人: 王超;伍思昕;杨萍;栾春红;姜晶;梁莹林;陈乙德 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: H01L35/34 分类号: H01L35/34;H01L35/14
代理公司: 电子科技大学专利中心51203 代理人: 吴姗霖
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 cu sub cnt 复合 热电 材料 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于热电材料领域,具体涉及一种Cu2-xS/CNT(碳纳米管)复合热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料,基于塞贝克效应和帕尔贴效应,可分别应用于温差发电和静态制冷,具有无污染、无机械传动、无噪音、安装灵活、可靠性高等优点。目前,热电材料在军事、废热利用、航空航天、汽车、家用电器、医疗和极端条件供能等领域的应用已呈现蓬勃发展的趋势,拥有极大的商业潜力。

热电材料的热电性能可以由无量纲值ZT评估(ZT=α2σT/κ,其中α为塞贝克系数,表示单位开尔文温差产生的电势差,σ为电导率,T为开尔文温度,κ为热导率),ZT值越高,热电材料的热电转换率越大。出于节能环保、降低成本的角度考虑,高ZT值热电材料一直是研究者们追求的目标,而同时在实际应用中,对热电材料的发电功率、塞贝克系数、电导率、热导率和温度范围等也有一定的要求。例如,在温差发电应用中,低功耗负载(如心脏起搏器、计算芯片等)要求热电材料具有大的塞贝克系数,大功率用电器对热电材料的功率因子PF (PF=α2σ,其数值反映了发电功率的大小)有较高要求,便携式设备则需要热电材料具有较大的质量比功率;在温差电制冷应用中,为获得不同的电流-温差敏感特性,对热电材料的塞贝克系数、电导率、热导率等也有不同的要求。

目前,Bi2Te3、PbTe、SiGe、Skutterudite、Zintl合金、Clathrate、Half-heusler 合金、金属氧化物、硫族化合物和β-Zn4Sb3、FeSb2、Mg2Si等材料因具有成为高ZT值热电材料的潜力而受到广泛关注。其中,铜硫化合物(Cu2-xS,0≤x≤ 0.2)具有生产所需的元素产量大、成本较低、无毒性等优点,并因其晶体结构十分复杂,热、电输运特性有可能符合“声子液体-电子晶体(PLEC)”的概念,使其表现出作为高性能热电材料的巨大潜力,如Cu1.97S具有较低的热导率 (0.35~0.5W m-1K-1),塞贝克系数在800K时达到240μVK-1,ZT值在800K达到 1.4(J.Mater.Chem.A,2015,3,9432–9437|9433)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Cu2-xS(0≤x≤0.2)/CNT(碳纳米管)复合热电材料,该复合热电材料可通过改变Cu2-xS与CNT的复合比例来调节塞贝克系数、电导率和热导率等以适应实际应用中对材料热电性能的不同要求,且工艺简单,成本较低,适合大规模生产。

本发明的技术方案如下:

一种Cu2-xS/CNT复合热电材料,其特征在于,所述复合热电材料为铜硫化合物Cu2-xS与碳纳米管(CNT)复合得到,所述铜硫化合物Cu2-xS与CNT的摩尔比为1:(0.00265~0.2),x的取值范围为:0≤x≤0.2。

进一步地,所述碳纳米管(CNT)为任何形式的碳纳米管,如多壁碳纳米管、单壁碳纳米管等。

上述Cu2-xS/CNT复合热电材料的制备方法,包括以下步骤:

步骤1:将Cu2-xS加入无水乙醇中,超声均匀,得到混合液A,将CNT加入无水乙醇中,超声均匀,得到混合液B,其中,x的取值范围为:0≤x≤0.2;

步骤2:将步骤1得到的混合液A与混合液B混合,超声均匀,得到混合液C;

步骤3:将步骤2得到的混合液C过滤,得到的滤饼在真空条件下干燥,得到Cu2-xS和CNT的混合粉末;

步骤4:步骤3得到的Cu2-xS和CNT的混合粉末在惰性气氛下、400~550℃温度下退火1~4h,然后在400~550℃温度下进行加压烧结,得到本发明所述 Cu2-xS/CNT复合热电材料。

进一步地,步骤1所述混合液A的超声时间为0.5~1h,混合液B的超声时间为4~6h。

进一步地,步骤2所述超声的时间为15~30min。

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